Als veelbelovende kandidaat voor de huidige lithium-ionbatterijen hebben oplaadbare magnesiumbatterijen uitgebreide aandacht getrokken vanwege de superieure eigenschappen van magnesium (Mg)-metaalanodes, zoals een hoge volumetrische capaciteit (3.833 mAh/cm ³ ), overvloedige hulpbronnen, milieuvriendelijkheid en moeilijk te kweken dendrieten.

Hoewel sommige onderzoeken hebben gerapporteerd dat de morfologie van Mg-dendrieten kan worden waargenomen onder extreme galvaniseeromstandigheden, zoals het gebruik van de beperkte Mg-elektrolyten met een lage Mg-ionengeleiding en het toepassen van een ultrahoge stroomdichtheid (10 mAh/cm ²

Onderzoekers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) hebben ontdekt dat het gebruik van de praktische polyolefinescheider inderdaad kortsluiting van knoopcellen veroorzaakt, zelfs bij de lage stroomdichtheid. Ze hebben een laag-voor-laag planair groeimodel ontwikkeld voor het onderdrukken van kortsluiting, en de ontwerpstrategie voorgesteld van een 3D-magnesiofilisch substraat om planair Mg-galvaniseer-/stripgedrag te bereiken.

Het onderzoek werd gepubliceerd in ACS Energy Letters op 4 december.

Er is voldoende bewijs dat de groei van Mg uniform en dicht is wanneer de stroomdichtheid lager is dan 5 mAh/cm ² . Bij gebruik van praktische polyolefinescheiders met een geringe dikte kan het laden en ontladen met lage stroomsterkte echter interne kortsluiting in knoopcelbatterijen veroorzaken.

De onderzoekers hebben het eilandgroeimodel voor Mg-afzettingen voorgesteld op basis van elektrochemische tests en microscopische morfologische observaties, wat het abnormale kortsluitgedrag redelijk verklaart.

Door de rooster-mismatch-parameters en de oppervlakte-energie van het substraat verder aan te passen, wordt de laag-voor-laag vlakke groei van Mg-afzettingen bereikt, waardoor het bovengenoemde abnormale kortsluitprobleem effectief wordt opgelost.

De onderzoekers gebruikten een magnesiofilisch 3D-substraat (Ni(OH)₂ @CC) met lage roostermismatch en hoge oppervlakte-energie-eigenschappen als galvanisch substraat, wat niet alleen het omkeerbare galvaniseer-/stripproces mogelijk maakte, maar ook gepaard ging met een Mo₆ met hoge belasting S₈ kathode (30 mg/cm ² ) .

Door het kortsluitfenomeen veroorzaakt door abnormaal niet-dendritisch galvanisch gedrag in RMB's grondig te onderzoeken en gevalideerde oplossingen voor te stellen, biedt dit werk een belangrijke drijvende kracht voor de praktische toepassing van Mg-metaalanode.

Meer informatie: Guixin Wang et al., Het bereiken van planair galvaniseer-/stripgedrag van magnesiummetaalanode voor een praktische magnesiumbatterij, ACS Energy Letters (2023). DOI:10.1021/acsenergylett.3c02058

Journaalinformatie: ACS Energiebrieven

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen